新型二維層狀材料家族再“添丁”

科技日報訊 （記者郝曉明）記者從中國科學院金屬研究所獲悉，瀋陽材料科學國家研究中心先進炭材料研究部在新型二維材料方面取得新進展，製備出釐米級單層薄膜二維MoSi2N4材料。該研究成果日前在《科學》雜誌在線刊發。

目前廣泛研究的二維層狀材料如石墨烯、氮化硼等，均存在已知的三維母體材料。探索不存在已知三維母體材料的新型二維層狀材料，可極大拓展二維材料的物性和應用，具有重要的科學意義和實用價值。

2015年，中科院金屬所瀋陽材料科學國家研究中心任文才、成會明團隊發明了雙金屬基底化學氣相沉積（CVD）方法，製備出多種不同結構的非層狀二維過渡金屬碳化物晶體，並發現了超薄Mo2C為二維超導體。然而受表面能約束，富含表面懸鍵的非層狀材料傾向於島狀生長，因此難以得到厚度均一的單層材料。

此次瀋陽材料科學國家研究中心先進炭材料研究部的研究團隊發現，在CVD生長非層狀二維氮化鉬的過程中，引入硅元素可以鈍化其表面懸鍵，製備出一種不存在已知母體材料的全新的二維範德華層狀材料MoSi2N4，並獲得了釐米級單層薄膜。單層MoSi2N4包含N-Si-N-Mo-N-Si-N共7個原子層，可以看成是由兩個Si-N層夾持單層MoN構成。採用類似方法，研究團隊還製備出了單層WSi2N4。

在此基礎上，該研究團隊與中科院金屬所陳星秋研究組和孫東明研究組合作，發現了單層MoSi2N4具有半導體性質和優於MoS2的理論載流子遷移率，表現出優於MoS2等單層半導體材料的力學強度和穩定性，並通過理論計算預測出了10多種與單層MoSi2N4具有相同結構的二維層狀材料，包含不同帶隙的半導體、金屬和磁性半金屬等。

該研究開拓了全新的二維層狀MoSi2N4材料家族，拓展了二維材料的物性和應用，也開闢了製備全新二維層狀材料的研究方向。